STL源码解析(3)-traits特性
算法和迭代器
在STL中绝大多数容器均提供了迭代器, 迭代器提供了访问/遍历容器中元素的手段
同时提供了如: sort、copy、find等针对于迭代器的函数, 对于不同迭代器提供了相同的接口
迭代器的问题?
1, 运算符问题, 例: 迭代器p1和p2, 能够进行如
p2-p1的操作? vector的迭代器是可以的, list是不可以的2, 原生指针问题, 接下来介绍
内嵌类型声明
- 迭代器很多时候是容器内部类型的指针, 或者提供了*运算符的重载; 如果需要返回迭代器所指向的类型, 那要怎么办呢?
template
struct MyIter {
typedef T value_type;
T * ptr;
MyIter(T * p = 0) : ptr (p) {};
T& operator* () const { return *ptr;}
};
template
typename I::value_type func(I ite) {
return *iter;
}
答案是: 内嵌类型声明, 内部通过typedef将类型保存了下来
原生指针问题
- 原生指针也是一种迭代器, 比如 vector; 那么对于原生指针应该怎么推导其返回类型呢?
template
typename I::value_type func(I ite) {
/* 函数 */
}
int main()
{
char *str = NULL;
func(str);
}
- 原生指针并不是一个类, 以上的代码当然是不可行的
iterator_traits
template
struct iterator_traits {
typedef typename _Iterator::iterator_category iterator_category; // 迭代器类别
typedef typename _Iterator::value_type value_type; // 迭代器解除引用后所得到的值的类型
typedef typename _Iterator::difference_type difference_type; // 两个迭代器之间的距离
typedef typename _Iterator::pointer pointer; // 指向被迭代类型的指针
typedef typename _Iterator::reference reference; // 被迭代类型的引用类型
};
定义在: stl_iterator_base.h中
以上就是iterator_traits的结构体, 下面先以deque的迭代器做一个示例
deque的迭代器
template
struct _Deque_iterator {
typedef _Deque_iterator<_Tp, _Tp&, _Tp*> iterator;
typedef _Deque_iterator<_Tp, const _Tp&, const _Tp*> const_iterator;
static size_t _S_buffer_size() { return __deque_buf_size(sizeof(_Tp)); }
typedef random_access_iterator_tag iterator_category; // Random access iterator
typedef _Tp value_type;
typedef _Ptr pointer;
typedef _Ref reference;
typedef size_t size_type;
typedef ptrdiff_t difference_type;
typedef _Tp** _Map_pointer;
...
typedef _Deque_iterator<_Tp,_Tp&,_Tp*> iterator;
- iterator_category: 迭代器的类型, 之后再进行介绍
- value_type: deque中存储的值的类型
- difference_type: 两个指针之间的距离, 直接使用ptrdiff_t即可
- pointer: 被迭代类型的指针
- referenc: 被迭代类型的引用
traits的实现原理
template
struct traits {
typedef typename _Iterator::value_type value_type; // 迭代器解除引用后所得到的值的类型
};
template <>
struct traits {
typedef char value_type; // 迭代器解除引用后所得到的值的类型
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(traits::iterator>::value_type));
printf("%d\n", sizeof(traits::value_type));
}
//结果
4
1
如上代码, iterator_traits作为模板类接受各种迭代器: 然后指定value_type等等类型
额外的可以通过偏特化处理, 额外指定
char*类型的类以下是iterator_traits的完整实现, 额外对指针和const指针做了特殊的类实现
// traits 获取各个迭代器的特性(相应类型)-----类型特性类
template
struct iterator_traits {
typedef typename _Iterator::iterator_category iterator_category; // 迭代器类别
typedef typename _Iterator::value_type value_type; // 迭代器解除引用后所得到的值的类型
typedef typename _Iterator::difference_type difference_type; // 两个迭代器之间的距离
typedef typename _Iterator::pointer pointer; // 指向被迭代类型的指针
typedef typename _Iterator::reference reference; // 被迭代类型的引用类型
};
// 针对原生指针(native pointer)而设计的 traits 偏特化版
template
struct iterator_traits<_Tp*> {
typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
typedef _Tp value_type;
typedef ptrdiff_t difference_type; // C++ 内建的 ptrdiff_t 类型
typedef _Tp* pointer;
typedef _Tp& reference;
};
// 针对原生之 pointer-to-const 而设计的 traits 偏特化版
template
struct iterator_traits {
typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
typedef _Tp value_type;
typedef ptrdiff_t difference_type;
typedef const _Tp* pointer;
typedef const _Tp& reference;
};
迭代器类别说明
1 所有迭代器均支持如下操作
p++ 后置自增迭代器
++p 前置自增迭代器
2 输入迭代器: input_iterator_tag
*p 解引用
p=p1 将一个迭代器赋给另一个迭代器
p==p1 比较迭代器的相等性
p!=p1 比较迭代器的不等性
3 输出迭代器: output_iterator_tag
*p 复引用迭代器，作为左值
p=p1 将一个迭代器赋给另一个迭代器
4 正向迭代器: forward_iterator_tag
struct forward_iterator_tag : public input_iterator_tag {}; 继承于输入迭代器
5 双向迭代器: bidirectional_iterator_tag
struct bidirectional_iterator_tag : public forward_iterator_tag {}; //继承于正向迭代器
--p 前置自减迭代器
p-- 后置自减迭代器
6 随机迭代器: random_access_iterator_tag
struct random_access_iterator_tag : public bidirectional_iterator_tag {}; //继承于疏散共享迭代器
p+=i 将迭代器递增i位
p-=i 将迭代器递减i位
p+i 在p位加i位后的迭代器
p-i 在p位减i位后的迭代器
p[i] 返回p位元素偏离i位的元素引用
pp1 如果迭代器p的位置在p1后，返回true，否则返回false
p>=p1 p的位置在p1的后面或同一位置时返回true，否则返回false
vector/deque就是随机迭代器
结果
- 实现了
traits这样的通用接口, 可以返回该迭代器关联的各种类型::value_type
type_traits
type traits的出现和STL对于性能的要求有着千丝万缕的联系; 比如对于vector来说, 如果存储的是POD类型那么直接使用mem族函数, 可以不用考虑析构问题等等
template
struct `__type_traits` {
typedef __true_type this_dummy_member_must_be_first;
typedef __false_type has_trivial_default_constructor; //默认构造函数是否有意义？
typedef __false_type has_trivial_copy_constructor; //拷贝构造函数是否有意义?
typedef __false_type has_trivial_assignment_operator; //拷贝赋值操作是否有意义?
typedef __false_type has_trivial_destructor; //析构函数是否有意义?
typedef __false_type is_POD_type; //是否是POD类型
};
__STL_TEMPLATE_NULL struct __type_traits {
typedef __true_type has_trivial_default_constructor;
typedef __true_type has_trivial_copy_constructor;
typedef __true_type has_trivial_assignment_operator;
typedef __true_type has_trivial_destructor;
typedef __true_type is_POD_type;
};
__STL_TEMPLATE_NULL struct __type_traits {
typedef __true_type has_trivial_default_constructor;
typedef __true_type has_trivial_copy_constructor;
typedef __true_type has_trivial_assignment_operator;
typedef __true_type has_trivial_destructor;
typedef __true_type is_POD_type;
};
举个栗子: 对于vector来说, 根据
has_trivial_destructor就可以判断去掉无意义的析构函数额外对一些基本的类型做了偏特化处理
实例
template
inline _BidirectionalIter2 __copy_backward(_BidirectionalIter1 __first,
_BidirectionalIter1 __last,
_BidirectionalIter2 __result,
bidirectional_iterator_tag,
_Distance*)
{
while (__first != __last)
*--__result = *--__last;
return __result;
}
template
inline _BidirectionalIter __copy_backward(_RandomAccessIter __first,
_RandomAccessIter __last,
_BidirectionalIter __result,
random_access_iterator_tag,
_Distance*)
{
for (_Distance __n = __last - __first; __n > 0; --__n)
*--__result = *--__last;
return __result;
}
对于如上的算法而言, vector(_RandomAccessIter)可以采用第二种方式, 因为支持
__last - __first而对于list(_BidirectionalIter1), 则只能采用第一种方式, 链表不支持两个指针相减的运算